2014年山東省2次春季暴雨形成機制對比分析

胡曉琳++胡光輝++韓國泳++鄭怡

摘要 利用常規觀測資料和NCEP1°×1°再分析資料對2014年春季山東出現的2次暴雨過程進行了診斷對比分析。環流形勢對比表明，500 hPa低槽、中低空切變線和地面氣旋是這2次過程共同的影響系統。中低層的水汽輸送和水汽輻合對暴雨的產生有重要貢獻，垂直上升運動提供了良好的動力作用。

關鍵詞 春季暴雨；天氣形勢；形成機制；對比分析；山東省；2014年

中圖分類號 P458.1+21.1 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）17-0226-03

影響山東地區的暴雨過程主要出現在夏季，而出現在春、秋2季的暴雨相對夏季少很多，因而相關研究也較少。呂淑琳等[1]通過對1次春季暴雨的分析研究得出低空急流和水汽輻合為暴雨過程提供了水汽條件，低層輻合，高空輻散、冷鋒的抬升作用以及前期較高的下墊面溫度為上升運動提供了良好的條件；王家芬等[2]對1次黃淮氣旋暴雨的研究表明高空槽與低渦結合，北方冷鋒與倒槽前部的暖鋒相接，形成焊接類黃淮氣旋，在東移過程中，容易加深發展而產生大范圍的強降水天氣；楊曉霞等[3]認為春季暴雨與夏季不同在于副熱帶系統較弱而西風帶系統起主導作用，暴雨前后冷暖空氣活動劇烈，暴雨區有中尺度和大尺度上升運動相疊加；胡燕平等[4]對河南省2次春季區域暴雨進行對比分析，低層與邊界層的水汽輻合、強的水汽輸送和水汽輻合對暴雨的產生有非常重要的貢獻，春季大氣層結對流穩定，與夏季暴雨有明顯區別；趙 坤等[5]指出850 hPa和地面具有不同的環流形勢，低空急流的類型和切變線的位置不同以及地面是否形成氣旋與降水量級密切相關。

根據降水資料的統計發現，山東省春季出現暴雨的幾率較小，人們容易忽視而產生自然災害。因此，對春季暴雨的準確預報顯得尤為重要，有必要針對2014年連續的2次暴雨過程進行細致對比研究。本文通過常規觀測資料等對這2次暴雨過程進行對比分析，以期為今后春季大范圍降水過程的預報提供參考依據。

1 過程概況

第1次降水過程為2014年4月25—29日，降水先是影響魯西南地區，后不斷向北、向東方向移動，到28日9：00，除威海外，山東其他地區的降水已結束。在本次降水過程中，山東省有8個站累計降水量在50 mm以上，5個站累計降水量超過100 mm。其中，4月27日降水量，榮成90.5 mm、石島82.7 mm，均為本站有氣象記錄以來4月日降水量最高值。第2次降水過程是2014年5月10—11日，山東省累計降水量有26個站達到50 mm，2個站超過100 mm。全省平均降水量是42.8 mm，最大1 h降水量是27.2 mm，出現在5月11日2：00的黃島。這2次暴雨過程都是比較典型的春季暴雨過程，具有一定的代表性。

2 天氣形勢分析

2次暴雨過程有1個共同特征，即降水過程分為2個階段。第1階段，由低層切變線和地面冷鋒共同影響產生的降水；第2階段，生成了地面氣旋，受氣旋影響產生降水。雖然2次降水過程相似，過程降水量也基本相近，但第1次降水過程小時降水量小、過程持續時間長，而第2次降水過程時間相對要短、小時降水量大。現就環流形勢進行簡單的對比分析[6]。

2.1 高空環流形勢

2.1.1 第1次降水過程。在高空圖上，降水過程開始前，500 hPa上貝加爾湖以南有一高空槽，引導低層的低渦向北移動，溫度槽明顯落后于高度槽，切變線北側的東南急流已經建立。到25日20：00，貝湖以南的高空槽東移并明顯北收，而在青藏高原的東部，高原槽已初步形成；低層切變線位于太行山以東，東南急流明顯增強，850 hPa達到20 m/s，925 hPa甚至達到24 m/s，這為第1階段的降水提供了豐富的水汽和能量。由圖1（a）可知，到26日8：00，500 hPa低槽在東移的過程中分裂為2段，其中南段正好位于山東省的上空，濟南和青島的風向為西偏北風，而威海是西偏南風；低層的環流也明顯減弱，山東西部的降水已基本趨于結束。第2階段的降水開始于26日11：00，26日20：00的500 hPa圖上，高原槽在24 h內移動了10個經距，使山東省再一次處于槽前西南氣流控制中，在河套地區有一明顯的冷中心；低層700 hPa的急流尚未建立，850 hPa上東南急流中心的位置移動到海上。27日8：00的500 hPa圖上，河套地區的冷中心依然存在，使得等壓線彎曲成一接近橫槽的形勢；南支的高原槽在東移的過程中，與第1階段北收的槽相結合，正好位于山東省的上空。27日20：00，在500 hPa半島地區出現一低壓中心，與700 hPa和850 hPa以及地面低壓相對應，系統變得深厚。500～850 hPa低壓中心底部的切變線均已位于海上，此時段之后，降水也開始趨于減弱。

2.1.2 第2次降水過程。過程開始前，500 hPa上北支槽也是位于貝湖以南，不同的是青藏高原以東有一南支槽，中低層在四川盆地以東有一低渦，其前部的暖切變線一直伸向東海，切變線以北也有東南急流。由圖1（b）可知，5月10日20：00，高空500 hPa南北2支槽結合，略有東移，溫度槽落后于高度槽，預示著未來將發展加深，低層的低渦受槽前西南氣流引導，向東北方向移動到山東的魯西南，同時東南急流也明顯增強，這一時段主要受暖切變及北部的東南急流影響產生降水。到11日8：00，500 hPa槽明顯加深，在河套東部已發展為切斷低壓，低層低渦繼續向東北方向移動到黃河入海口處，低渦底部的切變線正好位于魯中地區。11日20：00，3層結構已基本重合，低層切變移動緩慢但也到達半島地區，降水基本趨于結束。

2.2 地面環流形勢

2.2.1 第1次降水過程。地面圖上，過程開始前，地面冷鋒已壓到山東的西部，地面倒槽還不明顯。到25日20：00，冷鋒后部的高壓中心向東移動，而海上高壓穩定少動，地面輻合線位于山東西部，中雨區主要位于地面輻合線的附近或略微偏東，與高空形勢相比較，可以發現，降水區是在低渦切變線的頂前部，與東南急流之間。26日8：00，倒槽有明顯減弱，但在江蘇北部，地面氣旋已初步形成，魯南、魯西北和魯中的大部分地區處于倒槽后部，已轉為東北風。26日20：00，地面倒槽有所加強，低壓中心移動到沿海地區，此時降水區域主要是在地面低壓的頂部，與高空相對比可以看到降水區在低渦附近或偏前的位置，地面氣旋的頂前部，與之前25日20：00的形勢完全不同。27日8：00，氣旋中心已入海，地面倒槽加深，等壓線更為密集，地面風速明顯增強。氣旋入海后加深發展，到14：00，海平面氣壓可分析出1 012.5 hPa的閉合線，氣旋的發展使得半島地區的降水出現第2次增長。27日20：00，1 012.5 hPa的閉合等值線消失，黃淮氣旋開始減弱。此后，除威海仍受到氣旋頂部東北氣流的影響有降水外，其他地區降水已基本結束。

2.2.2 第2次降水過程。在過程開始前，地面高壓中心位于新疆的東部，冷鋒的前沿到達河套地區，低壓中心位于云貴高原，頂部的地面倒槽一直延伸到山東的西部。10日20：00，高壓中心迅速移動到河套地區，海上的高壓系統穩定少動，使2個高壓中心間的地面倒槽明顯加深，此階段山東主要是地面倒槽影響產生降水。到11日2：00，地面倒槽中產生氣旋，出現第1條閉合等值線。此后，影響山東降水的主要是氣旋降水。地面氣旋受到西南氣流的引導，到11日8：00，快速移動到魯中東部地區，半島受到氣旋前部暖切變的影響，小時降水量大。11月20日，地面氣旋已快速移動到遼東半島，只有半島東部地區還受到氣旋底部切變線的影響。

通過以上的分析可以看到，2次過程有很多相同點，降水的影響系統先是500 hPa的低槽、切變線和地面倒槽，后冷暖空氣交匯及低空急流的加強促使生成地面氣旋并加深發展，而海上高壓穩定少動，使受氣旋影響的降水進一步加強。不同的是第1次降水過程中，是在北支槽影響趨于結束時，南支槽才與北支槽相結合，使地面產生氣旋，氣旋向東移動入海后加強，影響半島地區。而第2次降水過程是南支槽和北支槽先結合后，再向東移動并加深形成切斷低壓，山東上空500 hPa的風速明顯要比第1次降水過程大，受強勁引導氣流影響，地面氣旋是向東北方向移動的，且移動速度很快，這與第1次降水過程的移動方向和速度有明顯不同（圖2）。

3 水汽條件分析

3.1 第1次降水過程

根據水汽通量和水汽通量散度圖進行分析，第1次過程4月25日20：00，有較強的東南氣流向山東西部輸送水汽，而且在低層850 hPa和925 hPa都有較好的水汽輻合區。26日20：00，水汽通量散度以及水汽通量的中心移動到半島東部。到27日20：00，中心都轉移到海上。降水集中的時段和中心，與水汽通量和水汽通量散度中心一一對應。

3.2 第2次降水過程

在第2次降水過程開始時，從925 hPa到700 hPa也有明顯的水汽輸送，而且到10日20：00，水汽輸送明顯加強，水汽輻合區一直到達700 hPa的高度，925 hPa的輻合區與地面降水中心較為重合。11日8：00，水汽輸送中心移動到半島地區，但水汽的輻合區下降到850 hPa，700 hPa由輻合區變為輻散區，925 hPa反而有所增強。到11日20：00，山東上空基本轉為低層輻散高層輻合。

由上述分析可知，這2次過程不僅是東南急流帶來豐富的水汽，而且地面到中低層強烈的水汽輻合上升也有利于暴雨的產生。當水汽通量輻合中心位于暴雨區上空時，降水增強，當水汽輸送和輻合中心移出后，暴雨區的降水也就趨于結束。不同的是，第1次降水過程中，水汽輸送時間長，但是水汽輻合比較弱，到了700 hPa就基本轉為輻合。而第2次降水過程，水汽輸送中心移動較快，但是水汽輸送能力較第1次降水過程要強，而且一直到700 hPa都有水汽輻合。

4 垂直運動

4.1 第1次降水過程

對于第1次降水過程，由圖3（a）可知，在25日20：00，沿35°N剖面可以看到，117°～119°E之間，上升運動的中心在500～700 hPa之間，較地面倒槽的位置偏東；倒槽的西邊為偏北風，從地面到400 hPa有明顯的鋒區；倒槽的東邊東南急流強盛，從海上也有一冷氣團隨東南急流向西移動，其低層850 hPa以下有不穩定能量。本時段的降水主要是暖濕空氣沿冷氣團的抬升，產生在暖區中。由圖3（b）可知，27日2：00沿36°N的剖面，魯南已轉為偏北氣流，在120°～121°E之前，從地面到925 hPa為西北風和西南風輻合，為氣旋中心，上升中心在850 hPa氣旋中心的東側，其東部的低層有東南急流隨高度轉為西南氣流，降水仍位于暖區。由圖3（c）可知，27日14：00沿37°N的剖面，在121°～122°E之前，有東南急流和東北風的輻合，此為氣旋的頂部，強上升中心一個在850 hPa，氣旋輻合的上方，另一個在400 hPa，略偏東，此上升中心主要是由于槽前的正渦度平流所產生的。

4.2 第2次降水過程

在第2次降水過程中，10日20：00，沿36°N剖面見圖3（d），在116°～119°E之間，從地面到925 hPa存在東南急流和東北風的輻合，強烈的上升運動區位于倒槽頂部略偏東。在倒槽的東邊有不穩定能量的冷氣團，使得位溫線非常密集。由圖3（e）可知，11日2：00，整層轉為強烈的上升運動，使得不穩定能量快速爆發，急流也變得強勁，因而在黃島出現了27.2 mm的小時降水量。11日8：00，沿36°N剖面見圖3（f），東南急流和東北風的輻合已經消失，變為西北風和西南風的切變，與第1次降水過程中27日2：00的剖面不同的是，切變頂部仍存在著非常強的上升運動。由此可見，第2次降水過程中的動力條件對暴雨產生更為有利。

5 結語

通過分析表明，2014年4月25—29日和5月10—11日2次暴雨過程存在很多相似性和不同點。

（1）2次過程的環流形勢和影響系統較為相似：先是由地面冷鋒和切變線共同影響產生降水，之后地面氣旋生成后進一步加深發展，形成第2階段的降水。

（2）2次過程所不同的是：第1次降水過程時間長、小時降水量小，而第2次降水過程正好相反，小時雨量大。第1次降水過程先是受到北支槽的影響，產生第1階段的降水后，到26日8：00，南支槽才開始影響山東，并使減弱的地面倒槽產生氣旋，氣旋向東移動，入海后加強。由于海上高壓穩定少動，氣旋東移速度緩慢，影響時間長。第2次降水過程則是南支槽和北支槽先結合后快速東移，并逐漸發展出切斷低壓，地面產生氣旋后，受槽前強烈的西南氣流引導，快速橫穿山東到遼東半島。

（3）2次過程的水汽通量中心和水汽通量散度中心與強降水的位置對應較好。不同的是第1次降水過程中，水汽輸送時間長，但是水汽輻合比較弱。而第2次降水過程，水汽輸送中心移動較快，但是水汽輸送能力較第1次降水過程要強的多，而且一直到700 hPa都有水汽輻合。

（4）強的上升運動為這2次暴雨過程提供了有利的動力條件。第2次降水過程中，上升運動更為強烈，因而小時降水量較大。

6 參考文獻

[1] 呂淑琳，毛曉平，劉翠芝.一次春季暴雨天氣過程成因分析[J].山東氣象，2007，27（1）：17-19.

[2] 王家芬，張雪東，石磊，等.一次黃淮氣旋暴雨大風過程分析[J].山東氣象，2007，24（97）：14-16.

[3] 楊曉霞，趙宇，高留喜.山東省春季大暴雨天氣的形成機制個例分析[J].氣象科技，2005，33（1）：45-49.

[4] 胡燕平，梁鈺，程錦霞，等.河南省兩次春季暴雨過程的對比[J].氣象科學，2011，5（11）：646-650.

[5] 趙坤，王月蘭，王培濤.兩次春季暴雨過程的對比分析[J].安徽農業科學，2009，37（28）：13687-13690.

[6] 衣霞，劉兆芳，賈斌，等.一次春季暴雨過程分析[J].安徽農業科學，2010，38（3）：1329-1331.